环保至上 ATX 2.31版电源规范全面解读

自Intel推出ATX电源规范后，为满足PC硬件供电需求，ATX规范经历了多次升级，从 5.5V/ 3.3V供电转为 12V供电，从4Pin/20Pin转为6Pin/24Pin供电输出，这是因为电源的规范是随着硬件功耗的变化而变化的。但在PC技术领域，性能已经不再是制约硬件发展的瓶颈，反而节能环保才是影响PC应用的重要因素。基于此，Intel再一次修订了ATX12V电源标准，将2.3版本提升到了2.31版本，以此为PC平台带来更节能、更环保的运行环境。
　　2.31版电源：有多少改进
　　相比早期的ATX12V标准，ATX 2.0标准可谓是双路输出的开山之作，此后ATX 2.2/2.3版电源针对双核平台作出了电源输出的改进，目的是为了完全符合Vista平台的功耗需求，由于Vista平台的生命周期至少有3年，ATX 2.3版电源在此期间不用考虑功率输出的提升，但面对时下电源功率损耗、电磁辐射、有害物质排放等问题，让很多PC用户担忧。为了改变PC平台的应用环境，Intel对ATX 2.3标准进行了补充和完善，ATX 2.31标准增加了效能、节能和环保指标。
　　相比ATX 2.3标准，ATX 2.31标准改进了多项指标，在ATX 2.2版提升到ATX 2.3版时，Intel取消了此前的PW-OK电路信号，而在ATX 2.31版规范上又重新加上了。对交叉负载进行调整（交叉负载是指ATX电源能够以交错协调的方式进行供电输出，使得每路输出电路都可以获得有效的电能，譬如可以协调5V和12V等输出电压，并根据它们所连接的硬件设备的实际功耗，进行电压的调节，以满足每条电路输出的有效运行），使得用户能够更加自由地选配CPU和显卡。增加了RoHS环保标准，并将EMI（电磁干扰）电路纳入了3C强制认证。或许从性能角度来看，ATX 2.31版电源没有什么变化，但它强调了效能、节能及环保等指标，符合PC平台的应用现状。
　　PW-OK信号：提高电源效能
　　在ATX 2.2电源中，电源PCB板上会有一个IC控制电路，并将开关线连接到机箱的开关上，它能为主机提供开机自检启动信号。即PW-OK信号（在AT电源中称为P.G信号），待机时，PW-OK电路向主机输出零电平的自检信号，主机停止工作处于待命状态。受控启动后，PW-OK电路在开关电源输出电压稳定后，再延迟几百毫秒由零电平起跳到 5V，向主机发出高电平的信号，通知主机触发系统在电源断电前自动关闭（图1）。此举可以防止电源输出电路时序不定时，主机内各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电，比如硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。
　　
　　在ATX 2.3电源中，则取消了PW-OK信号，因为电源在输出电压时存在一个时序，这涉及 5VSB、PW-OK信号及PS-ON信号之间是否匹配，如果它们之间无法匹配，就会出现无法开机、主板与电源不兼容等故障，这显然对主板工艺设计要求和制造成本提出了更高要求（这就是为何在AT电源时代，很少出现异常和不兼容问题，因为AT电源没有 5VSB和PS-ON信号，只有P.G信号与输出电压间的配合关系）。
　　而在ATX 2.3电源中去掉PW-OK信号，同样简化了信号的匹配问题，这就降低了电源与主板的兼容故障几率，同时还简化了主板工艺需求，间接降低了主板的设计成本，不过却为电源效能带来了不良影响。在主机启动时，由于没有了PW-OK信号，电源无法在极短的时间内将 5V电压从零上升到 4.75V，CPU不得不花更多时间去等待。根据Intel试验，电源PW-OK信号丢失后，会造成输出直流电的时间延长（从100%到95%要用1ms时间），而增大电源输出功率的损耗，因而在ATX 2.31标准中再次加入PW-OK信号，可以提升电源的效能。
　　交叉负载：让电源供电更稳定
　　ATX电源算得上是一个具体的开关电源变压器，不过由于电源变压器在工作时的电流纹波比较大，这可能会造成发热提升、辐射增大、稳定性降低等问题。为此ATX电源采用了交错运行技术，它可以使纹波达到最小值，有效降低了电源变压器的电磁干扰和发热量，并提高了电源输出功率的稳定性，但ATX电源功率的增大，电源内部的功率MOSFET（场效应管）或晶体管承担的负载更大，电磁干扰、元器件发热及功率损害更加严重，此时就要对交叉负载电路提出更高要求。
　　由于ATX电源采用了交叉运行技术，因而是主变换电路、辅助电源配合工作（图2），辅助电源本身就是一个完整的开关电源，只要ATX电源一通电，辅助电源便开始工作。辅助电源主要有两个作用：一是提供 5V电压，为主板的“电源监控部件”提供工作电压，使操作系统可以直接对电源进行管理，以实现远程开机及电脑唤醒功能，另外就是输出电压为保护电路、控制电路等电路进行供电。为此要让电源更加有效率工作，必须提升辅助电路的输出电压精度。



　　如果可以让电源的负载变得更小，就可以改善电源的电压输出精度，还可以实现远程开机、远程唤醒、主板供电管理等带来的节能效果。由于电源效能的提升，也使得电磁干扰更小，电源也更加环保。为此在ATX 2.31标准中，Intel特别对交叉负载进行了一系列的调整，通过调整，使得交叉负载调整率有所提高。其中最小负载部分调整最为突出，并通过对交叉负载的优化，从而使电源的输出电压更加稳定，这意味着PC用户能够更为自由地搭配CPU及显卡，而不用担心会出现兼容性或不稳定等问题。
　　3C与RoHS：让电源真正环保
　　对于PC电源而言，由于工作时会带来较大的电磁干扰，电磁辐射严重影响了PC用户的健康，为此各国相关机构对ATX电源提出了各种安全认证，并对ATX电源的抗电强度、EMI电磁传导干扰、温度、漏电流等提出了特别要求，在环保意识提升的今天，又随后提出了3C与RoHS两大环保认证，这也一度成为很多PC用户采购电源的重要参考标准。在此前的各版本电源中，尽管有厂商推出的ATX电源加入了3C和RoHS认证，但出于成本的考虑，绝大多数ATX电源依然没通过RoHS认证，这让PC用户继续深受电磁干扰和有害物质的毒害。
　　在ATX 2.31标准中，Intel加入了RoHS环保内容，并针对EMC电磁传导干扰增加了中国的3C内容，在ATX电源上，3C认证主要考虑的是EMC电磁兼容性，与普通电源不同，3C认证电源需要进行电磁兼容检测，因而电源中需要两路EMI滤波电路，其中一路在电源插座处，也称为第一级EMI电路（图3），另外一路称为第二级EMI电路（图4），其作用是滤除电网中的高频杂波和同相干扰电流，并将电源中产生的电磁辐射减少至最低程度。此外，对于总功率高于75W的电源，3C认证规定必须加装PFC功率因数校正器（图5），目的是为了有效提高功率因数，减少开关电源对外部电网的干扰。
　　
　　
　　
　　加入RoHS环保认证可以改善PC用户的健康环境，我们知道，电源内部的各种元器件属于电子晶体管产品，它们在生产时可能加入了一些有害物质，元器件在工作受热后，有害物质会“挥发”出来，尽管对人体健康不会带来直接影响，但PC用户在长达2～3年的使用过程中，或多或少会受到不利影响。另外电源淘汰后，回收时会严重污染地球环境。ATX 2.31电源由于加入了RoHS认证，因而就防止了铅、镉、汞、6价铬、多溴二苯醚、多溴联苯等有害物质对用户带来伤害。
　　电脑报观点：看上去很美的新标准
　　《电脑报》产品评测中心 王诚
　　仅从电源表面性能来看，相对ATX 2.3标准而言，ATX 2.31标准并没有什么改变，譬如功率要求、接口标准几乎一样，但却进行了节能和环保方面的补充，针对交叉负载调整率的进步，将电源的制造工艺提上一个新台阶，减少了电源不必要的功率损失。而将EMI电路纳入3C认证，既确保了电源节能，也带来了更高的稳定性。
　　与此同时，ATX 2.31标准还加入了inrush电流要求变化，它属于电脑开机输入冲击电流，主要表现为开关电源对供电系统的影响，此举可以保护开关电路的稳定性。ATX 2.31标准还规定PS-ON与PW-OK的纹波/噪音为400mV，这样也降低了电源的电磁干扰性，减少了电源对PC使用者的电磁辐射。RoHS认证的加入，也让电源变得更加环保，从这里也可以看出为何Intel额外在ATX 2.31标准中加入了其“拯救气候行动计划”的原因。总的来看，相比前面的ATX电源，ATX 2.31电源具有节能、高效、环保的新特点，它将为PC用户带来全新的应用体验。
　　不过我们也应该理性看待ATX 2.31标准，虽然它把一切都规定得很“完美”，但电源厂商是否能完全遵照这个规定制造电源则要打个问号。比如，在ATX 2.31标准前的ATX 2.3标准中Intel制定了严格的电源转换效率，要求ATX 2.3电源的转换效率保持在80%的水平，以达到让PC的节能的目的。这个想法当然是美好的，不过从实际情况来看，只有极少数厂家生产的ATX 2.3电源的转换效率能达到80%这个水平，这就造成了标准是标准，实际是实际。而在ATX 2.31版的电源中，还是保持了这个高标准，从某种意义上来说，这个“标准”或许不应该被称为“标准”，而是一个目标，大家都在向这个目标靠拢，但还要完全实现还需时日。